LEMBAR PERNYATAAN. Saya yang bertanda tangan dibawah ini : Nim : : Teknologi Industri

LEMBAR PERNYATAAN

Saya yang bertanda tangan dibawah ini :

Nama : Masduki

Nim : 0130312 – 012

Jurusan : Teknik Mesin

Fakultas : Teknologi Industri

Menyatakan dengan sesungguhnya bahwa Tugas Akhir yang saya buat dan susun ini merupakan hasil pemikiran serta karya saya sendiri. Tugas Akhir ini tidak dibuat oleh pihak lain kecuali alat itu sendiri yang menjadi topik penelitian dan kutipan-kutipan sebagai referensi yang telah disebutkan sumbernya.

Jakarta, 1 September 2008

LEMBAR PENGESAHAN

ANALISIS KERETAKAN / KERUSAKAN PIRINGAN

PENEKAN TUTUP KOPLING MOBIL

Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Dalam Meraih Gelar Sarjana Teknik (S1) Pada Fakultas Teknologi Industri

Jurusan Teknik Mesin Universitas Mercu Buana Jakarta.

Disetujui dan Diterima Oleh :

Pembimbing Tugas Akhir

LEMBAR PERSETUJUAN

ANALISIS KERETAKAN / KERUSAKAN PIRINGAN PENEKAN

TUTUP KOPLING MOBIL

Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Dalam Meraih Gelar Sarjana Teknik (S1) Pada Fakultas Teknologi Industri

Jurusan Teknik Mesin Universitas Mercu Buana Jakarta.

Disetujui dan Diterima Oleh :

Ketua Program Studi Koordinator Tugas Akhir

ABSTRAK

Dalam uraian Tugas Akhir ini, penulis menganalisa kopling mobil Daihatsu Taruna tahun 2000 yang mengalami retak / patah pada piringan penekan kopling walaupun kondisinya masih baru. Penulis mengamati dan menganalisa dengan metode analisa sebab dan akibat Vibrasi Mekanik. Dari hasil analisa tersebut diambil beberapa kesimpulan yaitu :

1. Selama berlangsungnya pengoperasian kopling, keausan pada kopling gesek ( kehilangan massa) tidak bisa dihindari sehingga menimbulkan ketidak seimbangan massa dan menyebabkan massa kopling berputar tidak pada sumbu pusat geometrinya. Hal ini akan menyebabkan getaran pada kopling.

2. Efek getaran pada kopling menimbulkan variasi tegangan berubah-ubah yang berlangsung selama perputarannya.

3. Fluktuasi tegangan pada piring penekan kopling yang berulang-ulang menyebabkan material (besi tuang) mengalami kelelahan / fatik dan mengakibatkan kepatahan.

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas segala karunia dan rahmat-Nya serta perlindungan yang telah diberikan kepada penulis sehingga laporan Tugas Akhir berjudul : Analisis Keretakan / Kerusakan Piringan Penekan Tutup Kopling Mobil yang disusun oleh penulis telah selesai dengan baik.

Dalam pembuatan Laporan Tugas Akhir ini penulis telah banyak memperoleh bantuan dari berbagai pihak, oleh sebab itu penulis menghaturkan banyak terima kasih kepada :

1. Allah SWT yang telah banyak memberikan rahmat serta kesabaran kepada penulis, sehingga dapat mengatasi hambatan dan Alhamdulillah dapat dilalui dengan ihlas.

2. Kepada Isteri dan anak-anak tersayang yang telah memberikan perhatian, dukungan baik moril dan spiritual kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini.

3. Bapak DR.H. Abdul Hamid M.Eng selaku pembimbing juga kepada bapak Nanang Ruhyat ST. MT selaku Koordinator Tugas Akhir, terima kasih atas segala bimbingan dan waktunya yang telah diberikan kepada penulis.

4. Kepada seluruh teman-teman dilingkungan kerja Bagian Kendaraan PT.Gramedia yang telah membantu sehingga Tugas Akhir ini dapat selesai.

Seandainya dalam penulisan dan penyusunan Laporan Tugas Akhir ini terdapat banyak kesalahan dan kekeliruan karena terbatasnya pengetahuan penulis, maka penulis memohon maaf yang sebesar- besarnya. Terima kasih.

Jakarta, 1 September 2008 Hormat saya

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN... i

LEMBAR PERSETUJUAN ... ii

LEMBAR PERNYATAAN... iii

KATA PENGANTAR... iv

ABSTRAK...v

DAFTAR ISI ... vi

DAFTAR GAMBAR... x

DAFTAR LAMPIRAN... xiii

NOMEN KLATUR... xiv

BAB I PENDAHULUAN

1.1. LATAR BELAKANG... 1 1.2. PERMASALAHAN... 2 1.3. TUJUAN PENULISAN ... 3 1.4. PEMBATASAN MASALAH... 3 1.5. METODE PENULISAN... 4 1.6. SISTEMATIKA PEMBAHASAN... 4

BAB II TEORI DASAR

II.1. TEORI DASAR KOPLING... 6

II.2 Macam-macam Kopling tetap... 6

II.2 1. Kopling kaku ada tiga macam ... 6

II.2.2.Koplingluwes ada lima macam... 6

II.2.3. Kopling Universal ada dua macam... 6

II.3 Hal-hal penting dalam perencanaan kopling tetap... 6

II.2.2 Kopling Karet Ban... 7

II.2.3 Kopling Universal... 8

II.4 Kopling tak tetap... 9

II.5. Macam- macam kopling tak tetap... 9

II.5.1 Kopling cakar... 10

II.5.2 Kopling Kerucut... 10

II.5.3. Kopling Friwil... 11

II.5.4 Kopling Plat... 12

BAB III KONSTRUKSI KOPLING MOBIL.

III.1 Pemindah Tenaga... 15

III.2. Konstruksi Kopling... 16

III.2.1 Plat kopling tunggal dan kering ... 17

III.2.2 Plat Penekan (pressure plate)... 18

III.2.3 Tuas-tuas penekan (pressure levers)... 19

III.2.4 Kopling pegas diaprahma ( diaphragm spring clutch)... 20

III.3 Cara kerja kopling... 22

III.3.1 Urutan pemindahan tenaga bila kopling dihubungkan... 22

III.3.2 Urutan perpindahan tenaga bila kopling dibebaskan... 24

III.4 Cara kerja mekanisme kopling... 25

III.4.1 Mekanisme pembebas kopling secara hidrolik... 25

III.4.2 Mekanisme kopling secara mekanik... 26

BAB IV ANALISIS KERETAKAN PIRINGAN PENEKAN

TUTUP KOPLING MOBIL

TAHAPAN ANALISA... 27

IV.1. POROS... 27

a. Momen Puntir ( Torsi )... 28

b. Momen Lengkung ...29

IV.1.2. Perencanaan poros Transmisi... ... 33

IV.1.3 Teori Getaran Mekanis...34

IV.1.4 Frekwensi pribadi dan perioda... 36

IV.1.5 Getaran bebas... 37

1V.1.6 Getaran paksa……….. 37

IV.1.7 Getaran - getaran di Poros……….. 39

IV.1.7.1 Massa bergetar di suatu bidang horizontal……….40

IV.1.7.2 Kecepatan Kritis pada Poros... 42

IV.1.8 Teori fatik ( kelelahan material )... 45

IV.1.9 Teori Tegangan... 46

IV.1.9.1 Analisa Tegangan dan lingkaran Mohr………... 47

IV.1.9.2 Tegangan geser maksimum………. 49

IV.1.9.3 Tegangan Berfluktuasi... ... 49

IV.1.10 Teori Regangan………. 51

IV.1.XI Kekuatan permukaan... ... 53

IV.2 RODA GILA……… 55

IV.2.2 Persamaan gerak untuk roda gila………. 57

IV. 3 KOPLING GESEK……… 59

IV.4 GAYA TIDAK SEIMBANG (Unbalance force) ……… 64

IV.5 DATA TEKNIK YANG DIPERLUKAN DALAM PERHITUNGAN IV.5.1 Perhitungan momen gesek karena daya mesin…………. 67

IV.5.2 Perhitungan momen gesek karena torsi maksimum……. 69

IV.5.3 Perhitungan umur kopling……….. 71

IV.5.4 Perhitungan temperatur kopling……… 72

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

V.I KESIMPULAN……….. 75 V.2 SARAN... 76

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Kopling flens kaku... 7

Gambar 2.2 Kopling karet ban... 8

Gambar 2.3 Kopling universal hook... 9

Gambar 2.4 Kopling universal hook... 9

Gambar 2.5 Dua macam kopling cakar... 10

Gambar 2.7 Kopling Friwil... 11

Gambar 2.8 Kopling friwil pada sepeda motor... 12

Gambar 2. 9 Plat kopling mobil... 13

Gambar 2.10 Plat kopling sepeda motor... 14

Gambar 3.1 Urutan pemindahan tenaga... 15

Gambar 3.2 Konstruksi kopling... 16

Gambar 3.3 Plat kopling tunggal kering... 17

Gambar 3.5 Konstruksi plat penekan kopling... 19

Gambar 3.6 Tuas penekan pada tutup kopling... 20

Gambar 3.8 Cara kerja kopling diaprahma... 21

Gambar 3.9 Kopling dalam keadaan berhubungan... 23

Gambar 3.10. Kopling dalam keadaan bebas... 24

Gambar 3.11 Mekanisme kopling hidrolik... 25

Gambar 3.12 Mekanisme kopling mekanik... 25

Gambar 4.1 Deformasi pada poros bulat akibat puntiran... 28

Gambar 4.2 Diagram benda –Bebas dari Gambar 4.1... 29

Gambar 4.3 Getaran bebas………... 37

Gambar 4.4 Getaran keadaan steadi... 38

Gambar 4.5 Plat kopling dengan pegas peredam………39

Gambar 4.6 (a) Masa bergetar secara horizontal (b) Kerja yang dilakukan pada pegas adalah luas dibawah kurva gaya lendutan……….. 40

Gambar 4.7a,b Gerak dan gaya-gaya untuk sebuah piringan pada suatu poros yang berputar terhadap satu sumbu tetap.. 43

Gambar 4.8 Kecepatan kritis pada poros dengan jari-jari lendutan secara teori besarnya tak hingga, dengan mengabaikan gesekan………. 44

Gambar.4.10 Keadaan Tegangan pada Elemen Poros berbeban……….. 47

Gambar 4.11 Lingkaran Mohr………. 48

Gambar 4.12 Fluktuasi tegangan……….. 50 ….

Gambar 4. 13 Diagram tegangan – regangan………. 51

Gambar 4.14 Kurva kekuatan mulur……….. 52

Gambar 4.16 Kopling dalam keadaan bebas... 55

Gambar 4.17 Grafik kerja keluaran roda gila………. 58

Gambar 4.18 Plat kopling mobil………... 59

Gambar 4.18a Gambaran dinamika dari sebuah kopling………... 59

Gambar 4.18b Prinsip kopling gesek……… 60

Gambar 4.19. Ketika kopling menghubung berangsur-angsur…………. 61

Gambar 4.20 Jalannya ketika dihubungkan secara kasar………. 63

Gambar 4.21 Peta ketidak seimbangan gaya sentrifugal satu ons

inch……… 65 Gambar 4. 20 Mesin penyeimbang statik untuk menyeimbangkan

rakitan rakitan rumah kopling……… 66

NOMEN KLATUR

Simbol Dimensi Satuan SI

A Luas m² B Konstanta D,d Diameter mm E Modulus Elastisitas e Eksentrisitas cm F Gaya N f Frekwensi Hz f Koefisien gesek

G Modulus elastisitas geser

g percepatan gravitasi m/s² I Momen Inersia kgm² K Faktor koreksi L Panjang m l Panjang m M Momen Nm m massa kg P Gaya N r jari-jari m T Torsi Nm W Gaya berat kg

a Koefisien ekspansi panas J°C/m²

q Sudut puntir °

e Regangan

σ Tegangan normal N/m²

τ Tegangan geser N/m²

BAB I PENDAHULUAN

1.1. LATAR BELAKANG

Dalam era teknologi dewasa ini alat transportasi terus berkembang mengikuti perkembangan jaman dan kebutuhan umat manusia. Dalam bidang transportasi berbagai merek baik kendaraan mobil maupun sepeda motor dengan keunggulan masing-masing diciptakan dan dipasarkan kepada masyarakat.

Di kota-kota besar di Indonesia jumlah kendaraan terus meningkat sehingga berdampak pada arus lalu lintas yang berakibat timbulnya kemacetan, terutama pada hari-hari kerja. Kondisi lalu lintas yang padat dan tersendat-sendat sangat mengganggu kenyamanan sekaligus mempercepat kerusakan komponen mobil terutama kopling yang lebih sering dioperasikan. Dengan demikian, gerak untuk kendaraan dibutuhkan kerja kopling sebagai pemindah daya dari mesin ke poros transmisi. Semakin seringnya kopling digunakan, tentu akan semakin lebih cepat mengalami keausan, pada akhirnya dibutuhkan perawatan / rekondisi kemampuan kopling.

Pada kondisi normal, keausan kopling akan mengindikasikan umur pemakaian kopling tersebut atau jarak tempuh normal dari kendaraan selama kopling itu dipergunakan. Jika terjadi keausan atau kerusakan yang tidak normal, hal ini menandakan ada sesuatu yang tidak tepat pada sistem operasional kopling tersebut.

Keausan tersebut bisa saja terjadi kemungkinan karena beban kendaraan berlebihan, kelemahan komponen atau pengoperasian kopling yang tidak tepat. Contoh kerusakan yang tidak wajar dari komponen kopling (lihat foto) adalah kerusakan pada piring penekan ( Clutch Disc) dari tutup kopling (Clutch Cover) yang penulis peroleh pada saat melakukan rekondisi kopling.

Berdasarkan hal tersebut maka penulis mencoba untuk menganalisa kerusakan yang terjadi pada piring penekan ( Clutch Disc) dari tutup kopling sebagai laporan Tugas Akhir ini.

1.2. PERMASALAHAN

Pada sistem transmisi manual diperlukan perangkat kopling sebagai elemen mesin penghubung antara poros yang berputar dengan poros yang diputar. Seiring dengan umur pemakaian operasional kopling, lambat laun akan mengalami keausan pada komponen kopling dengan keausan yang lazim dan umum seperti keausan pada kanvas kopling, keausan pada permukaan roda penerus, keausan pada piring penekan dari tutup kopling, lemahnya pegas penekan dan juga keausan-keausan komponen lainnya.

Dalam suatu pekerjaan reparasi kopling, keausan-keausan tersebut sering ditemukan, sehingga hal ini sangat membantu untuk dijadikan sebagai referensi guna memprediksi komponen-komponen apa saja yang akan mengalami keausan seandainya ada gangguan yang sama pada kendaraan lain.

Keausan pada sistem komponen kopling secara normal biasanya diawali dengan tanda-tanda kendaraan kurang bertenaga terutama pada saat akan mempercepat laju kendaraan. Indikasi lain, terciumnya bau menyengat terutama pada saat jalan mendaki. Jika gejala tergelincir (slip) kopling dibiarkan berlarut-larut maka akan berakibat kemampuan kopling lama kelamaan sama sekali tidak bisa menggerakkan kendaraan. Jika hal ini terjadi, akan mengganggu perjalanan dan pada akhirnya kendaraan terpaksa harus diderek ke bengkel terdekat, dengan sendirinya ada pengeluaran biaya yang tidak semestinya. Hal yang paling baik jika tanda-tanda keausan ini terjadi, maka yang harus dilakukan adalah dengan merekondisi (overhaul) komponen kopling.

Keausan kopling yang tidak normal bisa mengakibatkan gangguan pada kopling secara mendadak saat kendaraan melaju dan ini biasanya diawali dengan adanya suara ( bunyi) disekitar kopling. Gangguan kopling yang kali pertama penulis temukan adalah keausan diluar kelaziman, yaitu adanya kerusakan pada piringan penekan ( Clutch Disc) dari tutup kopling (Clutch Cover) mobil. Hal ini penulis anggap kejadian yang bisa dikatakan jarang terjadi sehingga sangat menarik untuk dijadikan permasalahan sebagai topik analisis / penelitian.

1.3. TUJUAN PENULISAN

Penulis mencoba untuk mengamati mengapa keretakan pada tutup kopling bisa terjadi. Dengan mempelajari lebih mendalam prinsip kerja sistem kopling gesek pada kendaraan, diharapkan akan memperoleh gambaran tentang perpindahan daya yang bekerja dari mulai awal putaran sampai diperoleh putaran yang sama dalam memindahkan daya dari poros yang memutar kepada poros yang diputar, lalu adanya keausan pada komponen kopling, sampai terjadinya keretakan / kerusakan pada piringan penekan dari penutup kopling.

Dengan berlandaskan pada teori yang diperoleh dari kuliah, referensi kepustakaan dan dipadukan dengan pengalaman kerja dilapangan, diharapkan hasil analisis yang dituangkan dalam laporan Tugas Akhir ini bisa menjelaskan dan menjawab mengapa keretakan pada piringan penekan kopling terjadi.

1.4. PEMBATASAN MASALAH

Untuk menyederhanakan kompleksitas penulisan, maka pembahasan masalah yang dilakukan adalah sebagai berikut :

1. Penulis berfokus pada sistem kopling gesek, kering dan plat tunggal untuk kendaraan dengan transmisi manual serta elemen pelayanannya untuk menggerakkan kopling yang dilakukan secara mekanik dan hidrolik.

2. Perhitungan tegangan, momen puntir, gesekan dari plat kopling tunggal, kering yang dapat dihubungkan dan dilepaskan / tidak tetap.

3. Perhitungan momen pada poros masuk (input) transmisi dan perhitungan kekuatan dalam perancangan poros tersebut.

4. Memadukan perhitungan momen-momen yang terjadi pada perpindahan daya lalu dikaitkan dengan kemampuan komponen kopling itu sendiri dalam menyalurkan dayanya.

1.5. METODE PENULISAN

Metode penulisan yang dilakukan pada laporan Tugas Akhir ini melalui beberapa cara : 1. Penulis terlibat langsung melakukan kerjasama dengan mekanik saat melakukan

perawatan dan perbaikan kopling sehingga diperoleh langsung dari sumber awal ditemukannya kerusakan pada komponen kopling.

2. Melakukan diskusi dengan mekanik yang terlibat langsung penanganan perbaikan kopling maupun dengan mekanik lain yang berpengalaman untuk dimintakan pendapat dan tanggapannya.

3. Melakukan konsultasi dengan bengkel rekanan perusahaan maupun bengkel resmi agen tunggal pemegang merek mobil untuk melengkapi laporan tugas akhir ini. 4. Kepustakaan (Library) untuk mendapatkan data-data yang diperlukan guna

mendukung dan melengkapi dasar penulisan tersebut.

1.6. SISTEMATIKA PEMBAHASAN

Untuk lebih memperjelas pembahasan masalah dalam tugas akhir ini, maka dalam sistematika penulisan dibagi menjadi lima bab, yaitu :

BAB I : PENDAHULUAN

Dalam bab ini berisi latar belakang, permasalahan, pembatasan masalah, metode penulisan dan diakhiri dengan sistematika pembahasan.

BAB II : TEORI DASAR

Dalam bab ini berisi teori dasar mengenai fungsi sistem kopling dengan beberapa macam prinsip kopling, sesuai dengan tujuan pemasangannya.

BAB III : KOMPONEN DAN CARA KERJA KOPLING GESEK PLAT TUNGGAL.

Dalam bab ini berisi komponen kopling dan mekanisme kerja alat.

BAB IV: PERHITUNGAN DAN ANALISA

Pada bab ini berisi tentang dimensi komponen-komponen ,perhitungan gaya tekan kopling, variasi momen puntir, momen pemindah daya dan kemampuan kekuatan material kopling sebagai elemen sambungan antar poros.

BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN

BAB II TEORI DASAR

II.1. TEORI DASAR KOPLING.

Kopling adalah suatu elemen mesin yang berfungsi untuk meneruskan putaran dan daya dari poros penggerak ke poros yang digerakkan baik secara tetap maupun secara tidak tetap. Klasifikasi kopling ada dua macam , yaitu kopling tetap dan kopling tidak tetap.

II.2 Macam-macam Kopling tetap : II.2 1. Kopling kaku ada tiga macam : a. Kopling bus.

b. Kopling flens kaku. c. Kopling flens tempa. II.2.2. Kopling luwes ada lima macam: a. Kopling flens luwes. b. Kopling karet ban. c. Kopling karet bintang. d. Kopling gigi.

e. Kopling rantai.

II.2.3. Kopling Universal ada dua macam a. Kopling universal hook

b. Kopling universal kecepatan tetap. II.3 Hal-hal penting dalam perencanaan kopling tetap.

Dalam merencanakan suatu kopling tetap ada hal yang patut dipertimbangkan : 1. Pemasangan harus mudah dan cepat.

2. Ringkas dan ringan.

3. Aman pada putaran tinggi, dengan getaran dan tumbukkan kecil. 4. Dapat mencegah pembebanan lebih.

5.Terdapat sedikit kemungkinan gerakan aksial pada poros sekiranya terjadi pemuaian karena panas.

II.2.1 Kopling Kaku

Kopling kaku dipergunakan bila kedua poros harus dihubungkan dengan sumbu segaris. Sementara kopling flens kaku terdiri dari naf dengan flens yang terbuat dari besi cor atau baja cor dan dipasang pada ujung poros dengan diberi pasak serta diikat dengan baut pada flensnya.

Gambar 2.1 Kopling flens kaku.

Pada kopling kaku ini tidak diizinkan sedikitpun ketidak lurusan sumbu kedua poros tersebut. Hal ini akan berakibat munculnya getaran pada saat putaran tinggi. Pada waktu pemasangan , sumbu kedua poros harus terlebih dahulu diusahakan segaris dengan tepat sebelum baut-baut flens dikeraskan. Bahan Flens adalah FC20, FC42, FC45 dsb.

II.2.2 Kopling Karet Ban

Pada sambungan flens kaku akan muncul getaran yang tinggi sehingga akan mengurangi umur komponen dan menimbulkan suara berisik. Untuk menghindari hal tersebut maka digunakan kopling karet ban. Kerja kopling ini sangat baik walaupun poros yang dihubungkan tidak segaris, tapi masih dapat meneruskan daya dengan halus dan dapat meredam getaran.

Gambar 2.2 Kopling karet ban.

II.2.3 Kopling Universal.

Apabila kedudukan yang tepat dari kedua ujung poros yang akan disambung tidak didapat dengan baik, maka hubungan secara fleksibel dapat dilakukan. Sambungan fleksibel banyak diterapkan dalam permesinan terutama untuk meneruskan momen yang besar. Kopling Universal ini membolehkan kefleksibelan sedikit dalam arah aksial, arah radial dan poros dapat membentuk sudut kecil satu dengan yang lainnya.

Gambar 2.3 Kopling universal hook

Gambar 2.4 Kopling universal hook.

II.4 Kopling tak tetap

Sebuah kopling tidak tetap adalah suatu elemen mesin yang menghubungkan poros yang digerakkan dengan poros penggerak, dengan putaran yang sama dalam meneruskan daya, serta dapat melepaskan hubungan kedua poros tersebut baik dalam keadaan diam maupun berputar.

II.5. Macam- macam kopling tak tetap

II.5.1 Kopling cakar

Kopling ini meneruskan momen dengan kontak positip ( tidak dengan perantaraan gesekan) hingga tidak dapat slip. Ada dua bentuk kopling cakar, yaitu kopling cakar persegi dan kopling cakar spiral.

Gambar 2.5 Dua macam kopling cakar.

II.5.2 Kopling Kerucut.

Kopling kerucut adalah suatu kopling gesek dengan konstruksi sederhana dan mempunyai keuntungan dimana dengan gaya aksial yang kecil dapat ditransmisikan momen yang besar. Kopling macam ini sudah tidak dipakai lagi, karena daya yang diteruskan tidak seragam.

Gambar 2.6 Kopling Kerucut. II.5.3. Kopling Friwil

Dalam permesinan sering kali diperlukan kopling yang dapat dilepas dengan sendirinya bila poros penggerak mulai berputar lebih lambat atau dalam arah berlawanan dari poros yang digerakkan. Kopling friwil adalah kopling yang dirancang untuk maksud tersebut.

.

Seperti diperlihatkan dalam Gambar 2.7, bola-bola atau rol-rol dipasang dalam ruangan yang dibentuk sedemikian rupa hingga jika poros penggerak-bagian dalam berputar searah jarum jam, maka gesekan yang timbul akan menyebabkan rol atau bola terjepit diantara poros penggerak dan cincin luar, sehingga cincin luar bersama poros yang digerakkan akan berputar meneruskan daya.

Jika poros penggerak berputar berlawanan arah jarum jam, atau jika poros yang digerakkan berputar lebih cepat dari pada poros penggerak, maka bola atau rol akan lepas dari jepitan hingga tidak terjadi penerusan momen lagi. Kopling ini sangat banyak digunakan dalam otomatisasi mekanis. Gambar dibawah ini salah satu komponen kopling pada sepedamotor yang menggunakan kopling friwil.

Gambar 2.8 Kopling friwil pada sepeda motor

II.5.4 Kopling Plat.

Kopling terletak diantara mesin dan transmisi , merupakan peralatan otomotif yang berfungsi sebagai perantara. Fungsi kopling mendukung kerja transmisi terhadap

pengaruh putaran yang menghubungkan dengan kecepatan mobil dengan perantaraan gesekan. Dengan demikian pembebanan yang berlebihan pada poros penggerak pada waktu dihubungkan dapat dihindari. Selain itu karena dapat slip, maka kopling ini sekaligus juga dapat berfungsi sebagai pembatas momen. Menurut jumlah platnya, kopling ini dapat dibagi atas plat tunggal dan plat banyak dan cara pelayanannya dapat dibagi atas cara manual, hidrolik atau maknetik. Kopling disebut kering bila plat-plat gesek tersebut bekerja dalam keadaan kering , dan disebut basah bila terendam atau dilumasi dengan minyak.

BAB III

KONSTRUKSI KOPLING MOBIL.

III. 1 Pemindah Tenaga.

Mekanisme pemindah daya yang dihasilkan oleh mesin untuk penggerak roda-roda disebut pemindah tenaga (power train). Salah satu mekanisme pemindah tenaga pada mobil adalah kopling.

Gambar 3.1 Urutan pemindahan tenaga

Mengapa kopling dibutuhkan pada kendaraan ?

Kopling adalah suatu elemen mesin yang mutlak diperlukan pada kendaraan. Tenaga yang dihasilkan dari mesin tidak dapat segera digunakan. Mesin perlu menghasilkan sejumlah momen dan secara perlahan–lahan tenaganya disalurkan kepada roda-roda melalui kopling sehingga kendaraan akan dapat memulai bergerak, sementara mesin harus tetap hidup pada saat dilakukan perpindahan gigi-gigi transmisi. Oleh karena itu maka diperlukan pemasangan kopling yang letaknya diantara mesin dan transmisi yang berfungsi untuk mendukung kerja transmisi menghubungkan dan membebaskan terhadap pengaruh putaran mesin yang berkaitan dengan kecepatan mobil. Kopling memindahkan tenaga dengan menggelincir (slip) perlahan–lahan dan sesudah tenaga sebagian pindah, maka pemindahan tenaga akan berlangsung tanpa terjadinya slip.

III.2. Konstruksi Kopling.

Mekanisme unit kopling terdiri dari plat kopling (clutch plate), tutup kopling (clutch cover), garpu pembebas ( release fork), bantalan pembebas (release bearing) dan pedal kopling (clutch pedal) yang semuanya itu saling mendukung fungsi kopling sebagai perantara putaran antara mesin dan transmisi.

III.2.1 Plat kopling tunggal dan kering (dry, single plate clutch).

Gambar 3.3 Plat kopling tunggal kering.

Gambar 3.4 Plat kopling tunggal kering.

Plat kopling ini letaknya diantara roda penerus (fly whell) dan piringan penekan (pressure plate). Untuk memperbesar gesekan maka pada kedua permukaan plat kopling ini dipasang kanvas kopling yang dikeling dengan paku keling. Kedua permukaan plat kopling terbuat dari bahan asbes (dikenal dengan nama perdagangan ferodo), tahan panas dan daya tahan aus yang tinggi. Pada permukaan platnya berisikan kepingan kecil kuningan atau seng dengan maksud untuk menambah kekuatan dan pelepasan kalor.

Dibagian tengah plat kopling (clutch hub) diberi alur, alur-alur ini berkaitan dengan poros input transmisi sehingga memungkinkan plat kopling bergeser secara aksial sepanjang jalur luncur poros. Plat kopling ini juga dilengkapi dengan pegas pegas torsi (torsion spring) , gunanya untuk meredam getaran pada saat kopling berhubungan. Dengan demikian mencegah kebengkokkan atau pecahnya plat-plat kopling.

III.2.2 Piringan Penekan (pressure plate).

Piringan penekan terbuat dari besi tuang dengan bagian permukaannya diratakan dengan halus. Fungsi piringan penekan ini untuk menekan plat kopling terhadap roda penerus dengan adanya tekanan dari pegas-pegas kopling (clutch compression spring). Pada saat kopling berhubungan maka akan terjadi tergelincir (slip), karena itu piringan

penekan ini dibuat dari bahan khusus (spesial cast iron) yang tahan panas dan sifat tahan aus.

Gambar 3.5 Konstruksi piringan penekan kopling

III.2.3 Tuas-tuas penekan (pressure levers)

Dibeberapa tempat pada piringan penekan ( pressure plate) dilengkapi dengan beberapa tuas penekan. Tuas penekan ini dijamin oleh tutup kopling (clutch cover) dan bagian ujung-ujung luar dibautkan pada piringan penekan. Bagian ujung dalam tuas penekan ini bersentuhan dengan bantalan pembebas (release bearing). Bila pedal kopling ditekan, bantalan pembebas akan terdorong kedepan dengan adanya mekanisme batang penghubung dan tenaga terhadap lengan-lengan penekan.

Sebagai akibatnya, lengan penekan dijamin oleh tumpuan (vipot) yang dipasang pada tutup kopling (clutch cover) akan menarik piringan penekan (pressure plate) kebelakang sehingga plat kopling menjadi bebas.

Gambar 3.6 Tuas penekan pada tutup kopling

III.2.4 Kopling pegas diaprahma ( diaphragm spring clutch).

Pegas kopling model membran (diaphragm spring clutch) menggunakan pegas model membran yang berfungsi sebagai tuas-tuas dan pegas-pegas pembebas yang biasa digunakan pada kopling yang menggunakan pegas-pegas koil (coil spring).

Gambar 3.7 Kopling pegas diaprahma

Gambar 3.8 Cara kerja kopling diaprahma

Bila pedal kopling ditekan, tenaga berpindah dari garpu pembebas (release rork) kebantalan pembebas (release bearing), menyebabkan bantalan pembebas mendorong ujung-ujung sirip-sirip pegas membran (diaprhragm spring fin). Kemudian pegas

membran berubah bentuk seperti pada gambar 3.8 yang mana piringan penekan mundur dan memungkinkan kopling menjadi bebas.

Bila pedal kopling dibebaskan, pegas membran (diaprhagm spring) kembali pada bentuknya semula dengan tenaganya sendiri. Bagian luar pegas membran menekan piringan penekan yang terpasangkan pada roda penerus (fly whell) untuk mengembalikan kopling pada posisi berhubungan.

Beberapa kebaikan pada pegas membran :

1. Tidak memerlukan penekanan yang berlebihan pada pegas

2. Tekanan yang terjadi pada plat penekan lebih merata dibanding dengan pegas-pegas model koil ( coil spring).

3. Kontruksi lebih sederhana.

4. Pada kecepatan tinggi tegangan pegas tidak akan terpengaruh oleh efek sentrifugal.

5. Walaupun permukaan plat kopling telah terjadi keausan tertentu, namun daya tekan pada piringan penekannya tidak akan berubah.

III.3 Cara kerja kopling.

III.3.1 Urutan pemindahan tenaga bila kopling dihubungkan.

Secara umum kopling gesek dipakai pada suatu sistem dimana sistem penggerak dan sistem yang digerakkan harus dihubungkan dan atau dilepas ketika sistem tersebut sedang bekerja. Peralatan ini terdiri dari tutup kopling (clutch cover) yang dipasangkan dengan dibaut pada roda penerus akan turut berputar bersama putaran mesin. Diantara roda penerus dan piringan penekan (pressure plate) terdapat plat kopling yang dibagian tengah plat kopling terdapat alur (clutch hub) terpasang pada alur-alur poros input transmisi, sehingga poros dan plat kopling dapat berputar bersama-sama. Poros input berhubungan dengan sistem penggerak sedangkan poros output dengan sistem yang digerakkan.

Piringan penekan dipasangkan pada tutup kopling (clutch cover) dan diantaranya diberi pegas-pegas sehingga piringan penekan dapat tertekan secara konstan dan kuat

terhadap plat kopling dengan adanya tekanan pegas-pegas ini. Ketika kedua plat gesek belum terkopel sepenuhnya, pemindah daya tidak akan terjadi manakala kedua bidang gesek tidak terkopel, maka akan terjadi gaya gesek tangensial aksi dan reaksi yang sama besar pada kedua permukaan plat serta menimbulkan torsi putar pada kedua poros.

Dalam kondisi demikian putaran poros input tidak sama dengan putaran poros output karena daya poros belum dapat sepenuhnya dipindahkan oleh kopling. Besarnya gaya gesek yang terjadi meningkat dengan makin besarnya gaya normal pada permukaan plat. Ketika torsi yang terjadi karena meningkatnya gaya gesek sama dengan torsi beban, maka kedua poros akan berputar dengan kecepatan yang sama sehingga kedua plat tidak lagi saling bergesekan (terkopel). Karena itu, tenaga mesin yang dipindahkan keporos input transmisi dilakukan dengan daya gesek antara roda penerus, piringan penekan dan plat kopling.

III.3 2 Urutan perpindahan tenaga bila kopling dibebaskan.

Melalui batang mekanisme (link mechanism), penekanan yang terjadi pada pedal kopling akan mendesak bantalan pembebas (release bearing) melalui tuas-tuas penekan. Tekanan tuas-tuas penekan akan lebih besar dari pada tekanan pegas-pegas diaprahma dan akan menarik piringan penekan (pressure plate) kebelakang. Dengan demikian maka kopling tidak akan terkopel sehingga daya mesin akan terputus dengan roda penggerak.

Gesekan yang bekerja diantara plat kopling dan piringan penekan akan hilang, tenaga mesin hanya berpindah ke piringan penekan (pressure plate) dan akan menyebabkan poros input transmisi berhenti berputar. Ketika melewati jalan yang menanjak tajam, pengendara sering memanfaatkan kopling untuk mengatur agar mesin dapat menghasilkan daya yang diperlukan kendaraan. Upaya ini dilakukan dengan cara mengoperasikan kopling dalam keadaan tidak terkopel penuh. Dengan demikian mesin tidak akan mati dan kendaraan akan tetap dapat bergerak atau tidak meluncur kebelakang.

III.4 Cara kerja mekanisme kopling.

III.4.1 Mekanisme pembebas kopling dapat dilakukan secara hidrolik.

Gambar 3.11 Mekanisme kopling hidrolik

Master kopling (master cylinder) adalah bagian yang berhubungan langsung dengan pedal kopling dan kaki. Jika pedal kopling diinjak, maka cairan minyak kopling yang ada di master kopling akan menekan ke release cylinder dan garpu pembebas (release fork) akan terdorong sehingga kopling akan bebas.

III.4.2 Mekanisme kopling secara mekanik

Pada prinsipnya sama, tekanan pada pedal kopling melalui kabel baja mengakibatkan garpu pembebas akan terdorong sehingga kopling akan bebas.

BAB IV

ANALISIS KERETAKAN PIRINGAN PENEKAN TUTUP KOPLING MOBIL

Tutup kopling (clutch cover) dipasangkan dengan dibaut pada roda penerus akan turut berputar bersama-sama putaran mesin. Diantara roda penerus dan piringan penekan (pressure plate) terdapat plat kopling dimana dibagian tengah plat kopling terdapat alur (clutch hub) terpasang pada alur-alur poros input transmisi, sehingga poros dan plat kopling dapat berputar bersama-sama saat bekerja dan akan terlepas saat dibebaskan.

Elemen-elemen mesin yang terkait dengan unjuk kerja kopling antara lain 1. Poros transmisi. 2. Roda penerus 3. Plat kopling 4. Rumah kopling. TAHAPAN ANALISA IV.1. POROS

Poros adalah suatu bagian stationer yang berputar, biasanya berpenampang bulat dimana terpasang elemen-elemen seperti roda gigi (gear), pulley, flywheel, sprocket dan elemen pemindah lainnya. Poros bisa menerima beban lentur, beban tarik, beban tekan atau beban puntiran yang bekerja sendiri-sendiri atau berupa gabungan satu dengan lainnya (Josep Edward Shigley, 1983).

Akibat momen putar, poros menjadi terpuntir dan terbengkokkan sehingga akan terjadi tegangan lengkung dan tegangan puntir pada poros. Apabila keseimbangan poros tidak baik maka timbul gaya sentripetal yang berasal dari elemen-elemen yang terpasang pada poros yang menimbulkan tambahan pelengkungan poros, terutama pada putaran yang tinggi.

Suatu phenomena dapat terjadi pada poros yang berputar pada kecepatan kritis adalah getaran yang berlebihan. Bila getaran berlebihan dapat terjadi hal-hal seperti poros patah, bantalan rusak, bagian-bagian mesin tidak dapat bekerja dengan baik (Stolk, 1993 ). Oleh sebab itu putaran pada mesin harus dibatasi agar tidak melampaui putaran

kritisnya sehingga umur komponen mesin lebih tahan lama. Pada kenyataannya jarang terjadi poros transmisi patah dalam operasinya , karena secara kalkulasi kekuatan poros sering dibuat lebih besar dari yang diperlukan. Namun demi keamanan, putaran kerja poros maksimum tidak boleh melebihi 80% putaran kritisnya (Sularso, 2004).

IV.1.1 PEMBEBANAN STATIS PADA POROS a. Momen Puntir ( Torsi )

Untuk memperkirakan rancangan poros ditentukan berapa daya yang akan dipindahkan serta perputaran saat perpindahan daya tersebut. Dari daya dan putaran maka momen puntir akan dapat ditentukan. Besarnya torsi yang bekerja pada poros yang berputar mentransmisikan daya adalah :

ω

P

T = dimana : T = torsi (Nmm) (4-1)

P = daya yang ditransmisikan oleh poros (watt)

ω= kecepatan sudut (rad / s)

Besarnya kecepatan sudut adalah :

60 . 2 nπ

ω = dimana : n = banyaknya putaran poros dalam setiap menitnya (rad / min)

Akibat adanya momen torsi yang terjadi pada poros, maka akan timbul tegangan geser pada poros tersebut.

Gambar 4.1 memperlihatkan sebuah poros pejal yang menerima momen puntir atau torsi . Apabila torsi bekerja pada ujung poros, serat permukaan luar AB yang semula lurus akan memuntir menjadi heliks AC karena poros dipuntir sebesar sudut θ. Sudut θ akan bertambah besar sesuai dengan penambahan beban terpasang.

Kemudian tinjau setiap serat dalam kedudukan pada jarak radial r dari sumbu poros. Dengan menganggap proyeksi garis radial lurus terhadap penampang melintang di dalam penampang tetap lurus, jari-jari serat seperti itu juga berotasi terhadap sudut θ, sehingga deformasi geser total δs sama dengan DE. Panjang deformasi ini adalah busur lingkaran dengan jari-jari r dan terhadap sudut θ radian, panjang dan tegangan gesernya diberikan oleh θ δs =DE =r (a) L r L s θ δ γ = = (b) r L G G       = = γ θ τ (c)

Jika poros pada Gambar 4.1 dibagi menjadi dua segmen dengan bidang potong M-N, maka Gambar 4.2 memperlihatkan diagram benda bebas dari bagian kiri

Luas penampang differensial M-N pada jarak radial dari sumbu poros menghasilkan beban tahanan differensial dP = τ dA. Dengan menganggap luas sangat kecil dimaksudkan tegangan merata diseluruh luas. Oleh karena fungsi beban tahanan ini menghasilkan tahanan terhadap torsi terpasang T, beban harus tegak lurus ke jari-jari r agar menghasilkan pengaruh maksimum. Dengan menganggap dan menetapkan arah dP tegak lurus dengan r maka dihasilkan tahanan torsi maksimum.

Untuk memenuhi kondisi kesetimbangan statis, kita menggunakan ∑ M= 0 atau fakta bahwa torsi terpasang T sama dengan torsi tahanan Tr, Torsi tahanan adalah jumlah torsi tahanan yang terjadi akibat semua beban differensial dP

T = Tr =∫ dP = ∫ r (τ dA)

Dengan mengganti τ dengan harga dari persamaan (c) memberikan

      = L G T θ ∫ r² dA (4-2)

Atau karena harga ∫ r² dA = J adalah momen inersia polar penampang.

      = L G T θ J atau JG TL = θ (4-3)

Dimana θ dalam radian ,

180

10 = π atau 1 rad = 57.296°

Dengan mengganti harga

L Gθ

dalam persamaan (c) dengan harga ekivalennya

J T

dari persamaan (4-3), diperoleh besarnya tegangan geser adalah :

J r T. =

τ (4-4)

T = torsi (Nmm) r = jari-jari poros

Tegangan geser di titik pusat adalah nol dan maksimum dipermukaan poros, ini dapat dilihat pada gambar 4.1 , persamaan (4-4) menjadi

J r T.

max =

τ (4-5)

J adalah momen inersia polar dan r adalah jari-jari poros. Untuk batang berpenampang

bulat padat momen inersia polar sebesar :

I J =2. dimana 32 .d4 J =π atau 32 ) . 2 .( r 4 J =π = 2 .r4 J =π (4-6)

Sedang untuk batang berongga momen inersia polar sebesar :

32 ) .(d_o4 d_i4 J = π − = ( ) 2 4 4 i o r r − π (4-7) b. Momen Lengkung

Dengan adanya gaya yang bekerja pada poros bulat yang padat yang berputar maka akan terjadi pembebanan gabungan dari lenturan dan puntiran adalah :

3 . . 32 d M x π σ = ₃ . . 16 d T xy π τ = (4-8)

di mana σ_x = tegangan lentur τ_xy = tegangan puntir

d = diameter poros

T = momen puntir pada penampang kritis

Dengan menggunakan lingkaran Mohr didapat bahwa tegangan geser maksimum adalah :

2 2 max 2 xy x τ σ τ  +      = (4-9)

dengan mengganti σ_x dan τ_xy dari persamaan (4-9) memberikan

2 2 3 max . 16 T M d + = π τ (4-10)

Teori tegangan geser maksimum dari kegagalan statis mengatakan bahwa

2 y sy

S S = , dengan menggunakan faktor keamanan n sekarang kita dapat menulis persamaan (4-10) sebagai : 2 2 3 . 16 . 2n d M T S_y + = π (4-11) atau

(

)

3 1 2 1 2 2 . . 32         +         = M T S n d y π (4-12)

Pendekatan yang sama dengan menggunakan teori energi distorsi menghasilkan :

3 1 2 1 2 2 4 . 3 . . 32               +         = M T S n d y π (4-12)

Hubungan-hubungan ini hanya berlaku bila tegangan-tegangan tersebut betul-betul tidak bervariasi (tetap ).

IV.1.2. PERENCANAAN POROS TRANSMISI

Pada pembahasan sebelumnya telah dijelaskan mengenai pembebanan tetap (constant loads) yang terjadi pada poros. Pada kenyataannya poros akan mengalami pembeban puntir dan pembebanan lentur yang berubah-ubah. Dengan mempertimbangkan jenis beban, sifat beban dan lain lain yang terjadi pada poros maka American Society of Mechanical Engineers (ASME) telah memapankan suatu kode untuk perencanaan poros transmisi. Kode ASME tersebut menetapkan suatu tegangan geser yang diizinkan sebagai harga terendah diantara dua harga berikut :

yt p =0.30.S

τ atau τ_p =0.18.S_ut

Kode tersebut menegaskan bahwa tegangan-tegangan ini harus dikurangi 25% bila ada pemusatan tegangan, yang mungkin karena kelengkungan bahu dan alur kunci . Jika τ_max pada persamaan (4-10) digantikan τp maka didapatkan :

2 2 3 . 16 T M d p = π + τ (4-13)

Dalam kode tersebut , momen lentur M dan momen puntir T dikalikan dengan kombinasi faktor-faktor kejutan dan lelah, masing-masing C dan _m C tergantung pada keadaan _t

pemakaian tertentu. Jadi :

(

) ( )

2 2 3 . 16 T C M C d m t p = + π τ (4-14)

(

) ( )

[

]

3 1 2 1 2 2 1 . 5         + = C M CT d _{m t} p τ (4-15)

Persamaan (4-15) adalah rumus Kode ASME didasarkan pada teori kegagalan geser maksimum. Harga C dan m C disarankan terdapat pada tabel 4.1 t

Tabel 4.1

Harga-harga Faktor Momen Lentur C dan Faktor Momen Puntir m C t

Jenis pembebanan C _m C _t

Poros diam

Beban diberi bertahap 1.0 1.0

Beban diberi mendadak 1.5 - 2.0 1.5 - 2.0 Poros berputar

Beban diberi bertahap 1.5 1.0

Beban steady 1.5 1.0

Beban diberi mendadak, disertai

kejutan kecil 1.5 – 2.0 1.0 – 1.5

Beban diberi mendadak, disertai

kejutan berat 2.0 – 3.0 1.5 – 3.0

IV.1.3 Teori Getaran Mekanis.

Getaran adalah suatu proses perubahan bentuk energi yang terus menerus ( D. Titherington, 1984 ). Inersia dan elastisitas adalah sifat-sifat yang dimiliki oleh semua sistem mekanis. Umumnya kedua sifat ini ada dalam jumlah yang cukup besar, dan pengaruh gabungannya akan menyebabkan sistem bergetar bila diganggu dari susunan setimbangnya..

Pengaruh gabungan antara momen inersia dan elastisitas pada kondisi tidak seimbang akan menimbulkan pada sistem bergetar ( Frequency natural). Kekakuan sistem pada benda berputar misalnya poros disebut kekakuan torsional.

Kekakuan torsional :

Torsi pemulihan yang diberikan

To = Nm / rad.

Defleksi sudut yang bersangkutan

Jika gaya atau torsi yang menyebabkan perubahan bentuk dihilangkan, maka gaya atau torsi elastik akan menyebabkan bagian-bagian sistem yang berubah mengalami percepatan kearah posisi setimbangnya yang normal, sesuai dengan hukum Newton II. Gaya atau torsi yang diperlukan untuk memperlambat sistem dan menyebabkan berhenti, sama dengan yang dibutuhan untuk mempercepatnya.

Hukum Newton II.

F = m . a

Pada roda penerus momen inersia I dengan kekakuan torsional To, menurut hukum Newton II simpangan sudut θ, torsi pemulihan = - Tθ .

Maka menghasilkan : - Tθ = I x = I 2 2 dt d θ Sehingga 2 2 dt d θ = - To I θ Jika n I To =ω2 ( Kekakuan / Inersi ) Dapat ditulis : 2 2 dt d θ = - ω θ2n ta s Kon I To n = = tan

ω , Konstanta ini disebut Frekwensi sudut natural (Natural Circular Frequency).

Inersia rsional kekakuanTo n = ω Frekuensi(f) = T 1

dimana T = Waktu periode

f = frekuensi

Suatu pernyataan umum untuk frekwensi natural getaran setiap sistem yang mempunyai satu derajat kebebasan adalah :

Frekwensi pribadi ( frequency natural) Frekwensi natural, f =

Inersia kekakuan

n π π

ω 1₂

2 = = cyle per second (cps)

T =

f

1

= 2π ω_n

Kesimpulan :

1. Gangguan pada sistem yang mempunyai kekakuan dan inersia akan menyebabkan massa sistem akan mengalami simpangan-simpangan periodic.

2. Frekwensi hanya tergantung pada perbandingan antara kekakuan dan inersia. 3. Simpangan-simpangan periodik sesuai dengan sifat sinussoida.

IV.1.4 Frekwensi pribadi dan perioda.

Frekwensi adalah jumlah siklus persatuan waktu, satuan frekwensi adalah hertz (H) sedangkan frekwensi pribadi adalah frekwensi sistem yang mempunyai getaran bebas tanpa gesekan sementara frekwensi pribadi teredam adalah frekwensi sistem yang memiliki getaran bebas dengan gesekan.

Perioda adalah waktu yang dibutuhkan gerakan periodik agar berulang sendiri. Amplitudo getaran adalah simpangan maksimum terhadap posisi setimbang, sementara frekwensi tidak tergantung pada amplitudo getaran.

1V.1.6 Getaran paksa

Bila gaya luar F(t)=F_osin_ωt atau F_ocos_ωt bekerja pada sistem selama gerakan getarannya, diistilahkan sebagai getaran paksa (forced vibration), maka sistem

akan bergetar pada frekwensi sendiri dan juga mengikuti gaya eksitasiGetaran paksa yang bekerja pada sistem yang mempunyai frekwensi pribadi, akan membuat sistem mekanis dipaksa bergetar pada frekwensi yang berbeda-beda. Frekwensi ini disebut sebagai frekwensi penggerak (Forcing Frequency).

Frekwensi penggerak memiliki nilai tak terhingga. Jika frekwensi penggerak diubah dalam suatu selang harga, maka amplitudo getaran paksa berubah meskipun besarnya gaya penggerak / pengubah tetap. Manakala frekwensi penggerak sama dengan frekwensi pribadi maka akan menimbulkan amplitudo yang sangat besar dan membahayakan. Keadaan ini disebut resonansi dan dapat menyebabkan kerusakan pada setiap sistem mekanik. Sehingga untuk mencegah terjadinya kerusakan pada sistem mekanik maka diperlukan sejumlah redaman. Redaman ini bertujuan untuk membatasi amplitudo menjadi jumlah yang terbatas. Walaupun demikian , amplitudo-amplitudo yang sangat besar tetap terjadi pada keadaan resonansi.

Contoh konkrit redaman terdapat pada plat kopling mobil yang memiliki beberapa pegas peredam (torsion spring) seperti pada gambar dibawah ini.

IV.1.7 Getaran - getaran di Poros

Suatu penomena yang terjadi dengan berputarnya poros pada kecepatan-kecepatan tertentu adalah getaran yang sangat besar, meskipun poros berputar dengan sangat lembut pada kecepatan-kecepatan lainnya. Pada kecepatan-kecepatan tertentu dimana getaran menjadi sangat besar, dapat terjadi kegagalan poros atau bantalan-bantalan. Getaran semacam ini disebut olakan poros dan menyebabkan osilasi puntir pada poros.

Karena pada dasarnya poros elastik dapat menunjukkan karakteristik-karakteristik pegas maka untuk menjelaskan digunakan analisa sebuah sistem massa dan pegas yang disederhanakan

IV.1.7.1 Massa bergetar di suatu bidang horizontal

Dalam analisa suatu massa seberat W yang diam diatas suatu permukaan licin tanpa gesekan, diikat dikerangka stationer melalui pegas , massa pegas diabaikan dan massa dipindahkan sejauh x dari posisi keseimbangannya. Dalam analisa akan 0

digunakan persamaan Newton dan persamaan-persamaan energi

Gambar 4.6 (a) Masa bergetar secara horizontal.

(b) Kerja yang dilakukan pada pegas adalah luas dibawah kurva gaya lendutan.

Metode I. Dengan menerapkan persamaan-persamaan Newton.

Gaya yang bekerja pada badan adalah gaya pegas, k dimana k menyatakan laju pegas, _x

Newton / cm lendutan pegas. Laju pegas k dianggap suatu besaran konstanta.

2 . 2 . . dt g x d W k_x =

− dipakai tanda negatif karena gaya pegas memberikan suatu percepatan dalam arah x negatif.

Atau : x W g k dt x d . . 2 . 2 −

= diperoleh persamaan umum :

t W g k B t W g k A x 2 1 2 1 . . sin . . . cos .       +      

= ( dibuktikan dengan diferensiasi) (a)

Untuk kondisi-kondisi tertentu pada t = 0, x = x , dan 0 =0

dt dx

dimana konstanta-konstanta integrasi diperoleh : A=x0 dan B = 0

Maka : t W g k x x 2 1 0 . . cos       = (b)

Waktu untuk satu siklus dari gerak diperoleh dengan mengambil . 2 2.π

1 =       t W g k Atau 2 1 . . 2     = g k W t π = g k W . . 2π (c)

Jumlah siklus per detik ( f ) =

W g k t . . 2 1 1 π = Jumlah siklus per menit ( N )=

W g k. . 2 60 π

Energi potensial maksimum yang ada pada pegas terjadi pada saat massa dipindahkan pada jarak maksimum x . Energi potensial dalam pegas diperoleh dari luas dibawah 0

kurva gaya defleksi ( Gambar 4.6 b) dan sebesar . 0

2 1

x Fmaks

Karena gaya maksimum adalah ₀ 2 1

kx maka energi potensial maksimum dapat diberikan

dengan ₀2 2 1

kx . Untuk mendapatkan kecepatan maksimum dimungkinkan diperolehnya energi kinetik maksimum, gerak yang diasumsikan adalah gerak harmonik yang dinyatakan dengan : x= x0.cosωt Dengan diferensiasi x t dt dx ω ω.sin . 0 − =

Kecepatan maksimum terjadi pada saat

2 5 , 2 3 , 2 π π π

ω =t dan seterusnya sampai dengan ± ω

0

x . Jadi energi kinetik maksimum adalah :

2 2 1 V g W =

( )

0 2 2 1 ω x g W (d)

Dengan membuat energi potensial maksimum di satu titik siklus sama dengan energi kinetik maksimum dititik lain pada siklus , maka kita dapatkan :

( )

2 2 1 . 2 1 0 2 0 xω g W x k = atau rad ik W g k det / . . = ω . (e)

IV.1.7.2 Kecepatan Kritis pada Poros.

Meskipun poros–poros menunjukkan lendutan yang besar pada suatu kecepatan tertentu, namun dalam prakteknya poros dapat berputar secara mulus pada kecepatan-kecepatan yang lebih rendah atau lebih tinggi. Gambar 4.7a memperlihatkan sebuah poros dengan panjang L cm ditumpu oleh bantalan pada ujung-ujungnya.

Sebuah piringan sebagai massa terpusat dan beratnya W newton, terletak a cm dari bantalan , massa poros dan aksi giroskopik diabaikan. Poros dipandang vertikal ataupun horizontal hasil-hasilnya akan tetap sama. Apabila titik berat massa terpusat di sumbu putar, maka ada keseimbangan sehingga tidak menyebabkan poros berputar di suatu sumbu lain diluar sumbu poros.

Dalam prakteknya kondisi ini tidak dapat dicapai dan titik berat piringan ada di suatu jarak , e yang bisa dikatakan kecil. Dengan titik berat yang ada di luar sumbu bantalan, terdapat suatu gaya inersia yang menyebabkan poros melendut dimana lendutan pusat poros dinyatakan dengan r pada gambar 4.7b

Gaya inersia untuk piringan berputar terhadap satu pusat tetap adalah :

(

)

ω2 e r g W + (a)

kr = gaya pegas poros

k = laju pegas poros newton / cm lendutan poros pada piringan

Dengan menjumlahkan gaya-gaya pada gambar 4.7b sama dengan nol, termasuk gaya inersia, maka didapatkan :

(

)

ω2 e r g W ₊ - kr= 0 (b) Atau ; 2 2 ω ω g W k g w e r − = ©

Gambar 4.7a,b Gerak dan gaya-gaya untuk sebuah piringan pada suatu poros yang berputar terhadap satu sumbu tetap.

Gambar 4.8 Kecepatan kritis pada poros dengan jari-jari lendutan secara teori besarnya tak hingga, dengan mengabaikan gesekan.

Suatu grafik r / e versus ω ditunjukkan pada gambar 4.8

Kecepatan berbahaya dari operasi sebuah poros tertentu dinyatakan dengan kecepatan kritis atau kecepatan olakan, yakni kecepatan dimana perbandingan r / e

adalah tak terhingga sehingga tidak dikehendaki .

Kecepatan kritis dapat diperoleh untuk kondisi dimana penyebut dari persamaan (c) dengan nol. 0 2 = − ω g W k atau W g k. = ω (d)

Kecepatan kritis pada poros dinyatakan :

(

)

_W rad ik g b a L b a I E L det . . . . 6 2 2 2 − − = ω (e)

st

x W r P

k = = dimana x sebagai lendutan statis _st

atau ik rad x g W g x W W g k st st det .     = = = ω (f )

IV.1.8 Teori fatik ( kelelahan material )

Kegagalan fatik (kelelahan material) adalah kondisi dimana material telah mengalami tegangan variasi siklus yang cukup besar sehingga menimbulkan kegagalan fatik, hal ini berakibat material patah menjadi dua bagian (R E. Smallman 1991). Kegagalan fatik tidak memberikan tanda awal peringatan terlebih dahulu, tetapi dapat terjadi dengan tiba-tiba dan menyeluruh sehingga hal ini sangat berbahaya. Biasanya fatik dimulai dari retak kecil yang hanya bisa dilihat dengan sinar x. Sekali suatu retak muncul, pengaruh pemusatan tegangan menjadi bertambah besar dan retak tersebut akan maju lebih cepat. Begitu ukuran luas yang menerima tegangan berkurang, tegangan bertambah besar sampai akhirnya luas yang tersisa tiba-tiba gagal menahan tegangan tersebut. Karena itu suatu kegagalan lelah bercirikan dua bidang kegagalan yang jelas (Gbr 4.9). Yang pertama adalah karena perkembangan dari retak yang ada, sementara yang kedua adalah karena kepatahan mendadak. Daerah kepatahan mendadak dengan kepatahan bahan yang rapuh seperti besi tuang yang gagal pada gaya puntiran. Kegagalan fatik seringkali ditimbulkan oleh kesalahan disain komponen, tetapi ada juga disebabkan oleh faktor kondisi bahan. Oleh sebab itu mempelajari mengenai fatik bertujuan untuk mengetahui mengapa kegagalan material terjadi sehingga kita bisa mengantisipasi dengan cara yang optimal.

Gambar 4.9 Keretakan pada piringan tutup kopling menjadi dua bagian. Variabel yang mempengaruhi daya tahan fatik antara lain :

1. Penyelesaian permukaan akibat proses permesinan yang tidak rata.

2. Pengaruh temperatur. Temperatur makin tinggi daya tahan terhadap fatik makin berkurang (200˚-400˚).

3. Frekwensi siklus tegangan. Penurunan frekwensi biasanya menurunkan umur fatik.

4. Pengaruh lingkungan. Lingkungan korosif sangat besar pengaruhnya terhadap peran terjadinya fatik.

IV.1.9 Teori Tegangan

Dalam mempelajari kekuatan bahan ( Strength of materials) tidak terlepas dari adanya gaya –gaya yang bekerja pada bahan tersebut. Kekuatan bahan biasanya didefiniskan sebagai tegangan pada bahan yang dinyatakan secara simbolis sebagai :

A p = σ Dimana : σ = Tegangan P = Gaya ( Newton) A = Luas penampang (M ) 2

Satuan ₂ Pa(Pascal)

M N

=

Macam-macam gaya yang bekerja pada suatu material diberikan dengan nama sebagai berikut :

- Gaya aksial (Axial force) sebagai gaya yang bekerja tegak lurus pada penampang atau sejajar dengan sumbu batang, bisa berupa gaya tarik yang cenderung memperpanjang batang dan gaya tekan yang cenderung memperpendek batang. Tegangan tarik dan tekan biasanya disebut sebagai tegangan normal ( σ )

- Gaya geser (Shear force). Gaya ini bekerja mengakibatkan geseran / menggelincir salah satu sisi penampang suatu bagian terhadap bagian lain. Tegangan geser biasanya disebut tegangan tangensial(τ).

- Gaya puntir (Torque force). Gaya ini bekerja sejajar penampang potong dengan jarak radius tertentu terhadap sumbu batang (garis sumbu) yang mengakibatkan momen puntir terhadap sumbunya dan diberi simbol T.

- Gaya lentur (Bending force). Gaya ini bekerja yang mengakibatkan lengkungan / tekukan pada suatu bahan.

IV.1.9.1 Analisa Tegangan dan lingkaran Mohr

Analisa tegangan dapat dilakukan dengan mengamati sebuah elemen kecil dari sebuah poros yang menerima pembebanan. Gambar 4.10 menggambarkan sebuah elemen kecil dari sebuah poros yang menerima tegangan berdimensi tiga dan juga tegangan berdimensi dua.

Gambar 4.11 menggambarkan suatu keadaan dari tegangan pada koordinat kartesian. Pada keadaan ini hanya tegangan normal yang diperlakukan positif atau negative sedangkan untuk tegangan geser diperlakukan searah putaran jarum jam (cw). Tegangan normal yang arahnya keluar adalah tegangan tarik yang bernilai positif.

Lingkaran Mohr adalah suatu cara mudah untuk memprediksi apakah suatu elemen gagal akibat tegangan normalnya atau karena tegangan gesernya.

Caranya dengan mengeplot keadaan tegangan dari elemen bertegangan 2 D, sesuai dengan besar dan arahnya pada lingkaran Mohr.

Sumbu x positif pada koordinat kartesian adalah sumbu tegangan normal tarik pada lingkaran Mohr, sumbu x negatif pada koordinat kartesian adalah sumbu tegangan normal tekan pada lingkaran Mohr, sumbu y postitif pada koordinat kartesian adalah sumbu tegangan geser searah putaran jarum jam (cw) pada lingkaran Mohr, sumbu y negatif pada koordinat kartesian adalah sumbu tegangan geser melawan putaran jarum jam (ccw) pada lingkaran Mohr.

Untuk lebih jelasnya gambar 4.11 menggambarkan cara mengeplot elemen kecil bertegangan kedalam lingkaran Mohr.

Gambar 4.11 Lingkaran Mohr

2 y x

C =σ +σ

Dan jari-jari Lingkaran Mohr adalah R yang besarnya

xy y x R 2 2 2 τ σ σ ₊     − =

IV.1.9.2 Tegangan geser maksimum

Teori tegangan geser maksimum menyatakan bahwa kekalahan mulai bilamana tegangan geser maksimum pada setiap elemen mesin menjadi sama dengan tegangan maksimum dalam suatu bahan percobaan tarik dari bahan yang sama bila bahan percobaan tersebut mulai mengalah. Teori ini dipakai untuk meramalkan kekalahan material untuk bahan yang daktil.

Tegangan geser maksimum untuk tarik sederhana pada lingkaran Mohr menjadi:

2 2 1 max S = =σ τ

Tegangan geser maksimum untuk puntiran murni pada lingkaran Mohr adalah

2 3 1 max σ σ τ ₌ − dimana σ₁〉σ₂〉σ₃

Tegangan geser maksimum meramalkan bahwa kegagalan akan terjadi bilamana :

2 max y S = τ atau σ₁ −σ₃ =S_y

Kekuatan mengalah pada geseran diberikan : S_sy =0.5S_y

IV.1.9.3 Tegangan Berfluktuasi

Tegangan berfluktuasi terhadap komponen mesin yang berputar, akan menerima tegangan tarik maupun tegangan tekan pada setiap putarannya. Makin tinggi putarannya, tegangan tarik dan tekan semakin besar sehingga menghasilkan variasi tegangan yang berubah-ubah atau tegangan berfluktuasi.

Pada bagian mesin sering ditemukan kegagalan karena tegangan yang berulang pada kurun waktu yang lama, karena itu kegagalan ini disebut kegagalan lelah (fatigue failure). Umumnya bahan akan patah apabila tegangan yang bekerja pada bahan mencapai nilai

dibawah nilai tegangan perpatahan teoritis, yaitu σ_t yang digambarkan sebagai gelombang sinussoida .

Gambar 4.12 Fluktuasi tegangan.

Beberapa hubungan tegangan – waktu

a. Fluktuasi tegangan dengan riak bergetaran tinggi. b. dan c Fluktuasi tegangan bukan bentuk sinusoida. d. Fluktuasi tegangan sinusoida.

e. Tegangan berulang.

=

min

σ tegangan minimum σ_m = tegangan rata-rata σ_max = tegangan maksimum σ_a = amplitudo tegangan σ_r = daerah batas tegangan σ_s = tegangan statis

= m σ 2 min max σ σ + 2 min max σ σ σa = −

IV.1.10 Teori Regangan.

Gaya yang bekerja pada suatu bahan dapat menyebabkan perubahan bentuk yaitu deformasi. Perubahan ini bisa memanjang dan bisa juga memendek.

Regangan dinotasikan dengan hurup ε merupakan perbandingan antara perpanjangan δ dan panjang semula l, maka ditulis sebagai :

l

δ ε =

Batas proporsional adalah merupakan daerah garis lurus dan berlaku hubungan antara tegangan sebanding dengan regangan yang dikenal sebagai Hukum Robert Hooke ( 1675).

Batas proporsional merupakan petunjuk pertama sebagai kekuatan maksimum yang dimiliki bahan sebagai dasar keseimbangan tegangan –regangan dalam perhitungan kekuatan bahan. Diluar batas ini tegangan tidak lagi sebanding dengan regangan. Konsep lain yang dikembangkan dari kurva tegangan – regangan adalah :

- Batas elastis yaitu batas tegangan dimana bahan tidak kembali kebentuk semula apabila beban dilepas, tetapi akan berada pada deformasi tetap yang disebut

permanent set.

- Titik mulur yaitu batas dimana bahan memanjang mulur tanpa pertambahan beban.

- Kekuatan mulur yaitu berkaitan dengan titik mulur yang ditetapkan dengan metode pergeseran. Metode ini berupa penarikan suatu garis sejajar ke garis singgung awal kurva tegangan-regangan (Gbr 4.13)

- Kekuatan maksimum merupakan ordinat tertinggi pada kurva tegangan-regangan - Kekuatan patah atau tegangan pada patah. Kekuatan patah lebih rendah dari

kekuatan maksimum karena kekuatan patah dihitung dengan membagi beban patah dengan luas penampang original. Pada kenyataannya bahwa kepatahan lebih banyak disebabkan oleh geser.

Hubungan antara perbandingan tegangan dan regangan disebut modulus elastisitas, disingkat E:

ε σ

= E

Hubungan antara perbandingan tegangan geser dan regangan geser disebut modulus

elastis geser atau modulus kekakuan disingkat G.

γ τ

=

G

Dimana γ = regangan geser =

l

s

δ

, lebih tepat regangan geser didefinisikan sebagai perubahan sudut antara dua permukaan tegak lurus dan diferensial.

IV.1.XI Kekuatan permukaan.

Kebanyakan kegagalan dari suatu elemen mesin disebabkan karena tegangan menyerah, keretakan dan kelelahan material. Pada material yang berpasangan dalam proses kerjanya perlu dipelajari ketahanan pemukaan material terhadap gesekan. Contoh yang nyata dari gabungan seperti ini adalah pasangan gigi-gigi dari roda gigi, roda dengan rel, rumah kopling dengan kopling plat dan lainnya. Bila dua permukaan saling ditekan, suatu tegangan geser maksimum terjadi sedikit dibawah permukaan singgungnya. Para ahli sepakat bahwa suatu kegagalan lelah pada permukaan dimulai oleh tegangan geser maksimum dan kemudian merambat secara cepat kearah permukaan. Seluruh siklus tegangan, jumlah siklus, pengerjaan akhir permukaan, kekerasan dan suhu sangat mempengaruhi kekuatan tersebut.

Gambar 4.15. Kopling dalam keadaan berhubungan

Kontak gesek pada poros sebelah kiri ada pada permukaan roda penerus (flywheel) dan clutch disk dipasang pada poros yang diputar serta dapat bergeser secara aksial pada poros sepanjang alur luncur. Bidang gesek pada clutch disk didorong ke kontak gesek pada roda penerus hingga terjadi penerusan putaran dari poros penggerak disebelah kiri ke poros yang digerakkan disebelah kanan. Pemutusan hubungan dengan dapat dilakukan dengan meniadakan gaya tekan dari pegas diaprahma kopling / pegas kopling (clutch

Gambar 4.16 Kopling dalam keadaan bebas

IV.2 RODA GILA.

Sebuah roda gila adalah suatu massa berputar yang digunakan sebagai penyimpan dan pemberi energi dalam sebuah mesin. Energi kinetik dinyatakan sebagai :

2 0

2 1 _ω

I dimana I = momen inersia massa

ω = kecepatan sudut putar

Jika kecepatan berkurang energi akan dilepas oleh roda gila sebaliknya jika kecepatan bertambah energi akan disimpan di dalam roda gila.

Variasi kecepatan roda gila yang diijinkan disebut dengan koefisien fluktuasi kecepatan yang didefinisikan dengan :

ω ω ω

Di mana ω₁ = kecepatan sudut maksimum =

2

ω kecepatan sudut minimum

ω = kecepatan sudut rata-rata. Atau dengan istilah lain :

V V V₁− ₂ = δ (b)

Dimana V₁ = kecepatan maksimum titik tetentu di roda gila =

2

V kecepatan minimum titik yang sama di roda gila =

V kecepatan rata-rata titik yang sama di roda gila

IV.2.1 Berat roda gila untuk koefisien fluktuasi kecepatan tertentu Energi kinetik untuk massa berputar terhadap titik pusat tetapnya :

K.E = ₀ 2

2 1 _ω

I (c)

Jika ω₁ = kecepatan sudut maksimum =

2

ω kecepatan sudut minimum

Maka E = ₀

(

₁2 ₂2

)

2

1 _{ω ω}

−

I (d)

Jika persamaan (d) dikalikan dengan r , dimana r sebagai jari-jari rata-rata rim roda gila 2

maka diperoleh persamaan :

K.E = 0₂

(

( ₁)2 ( ₂)2

)

2r rω rω

I

− (e)

Karena r.ω₁ =V₁ dan r.ω₂ =V₂ dapat dituliskan :

E = 0₂

(

₁2 ₂2

)

. 2r V V I − (f) = 0₂

(

_{1 2}

)(

_{1 2}

)

. 2r V V V V I − + (g)